为解决微电子机械系统(MEMS)器件三维尺寸高精度测量的难题，研制了一种适用于微纳米三坐标测量机的新型高精度三维接触触发式探头。该探头只用了一个基于四象限感测器的二维角度传感器即可同时实现对测球三维运动的高精度感测。介绍了探头的结构和原理，建立了探头的灵敏度模型和刚度模型，用最优化方法得出了探头结构参数的最优解。对探头的刚度、感测范围、灵敏度、稳定性及触发重复性等性能指标进行了测试。实验结果表明：探头的刚度在三轴方向基本相同 , 约为 1 mN/μm；允许触碰范围超过 12 μm；灵敏度大于 0.5 mV/nm；在恒温环境 (20±0.025)℃下，1.3 h内的位移漂移量约为 20 nm；触发测量重复性小于 40 nm(K=2)。该探头具有精度高、测力小、体积小、成本低、装调方便等优点，可被用于微纳米三坐标测量机。

将坐标测量机与单目视觉测量系统组合起来, 提出了一种触发式测头与视觉测头联合标定的方法。选用内孔径为4 mm的光面环规作为标定件, 并利用转台、精密滑台配合视觉系统进行环规成像面的调整; 然后, 利用视觉测量系统提取环规内孔圆心图像坐标, 包括设置图像的感兴趣区(ROI)、二值化、形态学去噪、亚像素边缘检测和利用最小二乘法提取圆心的图像坐标。通过拟合内孔圆柱面找到轴线, 并利用接触传感系统提取相同位置圆心仪器坐标下坐标; 最后, 采用最小二乘法求解相关方程, 完成联合标定。试验验证显示, 该标定方法的标定精度高于6 μm, 优于已有的标定方法, 能够满足测量系统联合测量的精度需要。